JP2006112450A - シール装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
差動排気シールを設けながらも、軸体の支持剛性を高めることができるシール装置を提供する。
【解決手段】
シール装置１０は、差動排気シールをハウジング２の内部に配置したので、ハウジング２から外方のベアリング１２ａまでの距離を小さくでき、従って内方のベアリング１２ａから回転軸３の先端までのスパンを抑えることができ、回転軸３のラジアル剛性を高めることができる。又、ハウジング２の開口２ａにおいて、一方のハウジング１２ａを第１開口２ａの内方端近傍に、他方のベアリング１２ａを第１開口２ａの外方端近傍に配置するようにすれば、ベアリング間のスパンが長くなって両持ち状態で回転軸３を支持できるため、更に回転軸３の傾き剛性を高めることができる。加えて、ハウジング２の壁面からのシール装置１０の突出も抑えることができるので、コンパクトな構成も提供できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、シール装置に関し、たとえば外部環境から隔離されたハウジング内に回転力等を伝達する軸体と前記ハウジングとの間をシールするシール装置に関する。

半導体製造装置などにおいては、真空や特殊ガス雰囲気に維持したプロセス室内で、ワークをステージに載置して移動させて加工処理することが行われている。ここで、プロセス室内のワークを加工するために、ワークもしくは工具を移動させる必要がある。

例えばプロセス室の外部に駆動源を設け、それに連結した軸体をハウジングの開口を介してプロセス室内へと延在させ、かかる軸体を介して駆動力をワークや工具に伝達することが考えられる。ここで、プロセス室内における大気とは異なる特殊な環境をどのように維持するかが問題となる。特許文献１には、軸体を転がり軸受により回転自在に支持すると共に、差動排気シールを備えた構造が開示されている。又、特許文献２には、軸体を静圧軸受により軸方向に移動自在に支持すると共に、差動排気シールを備えた構造が開示されている。
特開２００３−３０１８５２号公報 米国特許第４７２６６８９号明細書

ところで、特許文献１に記載の差動排気シールを備えた構造は、差動排気シールを間に挟むため、軸受が真空チャンバから離隔した位置に配置され、それにより軸体のスパンが長くなってラジアル剛性が低下するという問題がある。特に真空チャンバの大型化に伴い、真空チャンバの壁が厚くなっており、剛性を高めるために真空チャンバ壁を更に厚くする場合もあるが、それにより軸体のスパンはより長くなる傾向がある。このような問題は、例えば特許文献２に記載の構成、或いはこれに類似の構成で、軸体を水平に配する場合などにも起こりうる。

そこで本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑み、差動排気シールを設けながらも、軸体の支持剛性を高めることができるシール装置を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明のシール装置は、
ハウジングに対して取り付けられ、前記ハウジングの開口を介して延在する軸体を回転自在または前記軸体の延在方向に移動自在に支持すると共に、前記ハウジングと前記軸体との間をシールするシール装置において、
前記ハウジングに取り付けられる本体と、
前記本体に対して前記軸体を回転自在または前記延在方向に移動自在に支持する軸受と、
前記本体と前記軸体との間をシールする差動排気シールと、を有し、
前記差動排気シールの少なくとも一部を前記ハウジング内部に配置したことを特徴とする。

本発明のシール装置は、前記差動排気シールの少なくとも一部を前記ハウジング内部に配置したので、前記ハウジングから前記軸受までの距離を小さくでき、従って前記軸受から前記軸体の先端までのスパンを抑えることができ、それにより前記軸体のラジアル剛性を高めることができる。又、前記軸体を２つの軸受で支持するような場合には、一方の軸受を前記ハウジングの内側に、他方の前記軸受を前記ハウジングの外側に配置するようにすれば、軸受間のスパンが長くなって両持ち状態で前記軸体を支持できるため、前記軸体の傾き剛性を高めることができる。かかる場合、前記ハウジング壁面からの前記シール装置の突出も抑えることができるので、コンパクトな構成も提供できる。なお、前記差動排気シールのすべてが前記ハウジング内部に位置する必要はなく、その一部が前記ハウジング内部に位置すれば足りる。

更に、前記差動排気シール用の排気配管を、前記本体とは別個に設けていると好ましい。

更に、前記本体とリークチェック用の治具との間を密封する密封部材の取り付け面を、前記本体に設けると好ましい。

本明細書中で用いる差動排気シールとは、例えば対向する２面間の微小な間隙にある気体を前記２面間に設けられた差圧室を介して排気することにより、非接触の状態で、対向面を挟む両側の雰囲気（例えば大気圧と高真空）を一定の状態に保つように機能するものをいう。以下に述べる実施の形態においては、差圧室とそれに隣接する間隙を差動排気シールという。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。図１は、第１の実施の形態にかかるシール装置の断面図であり、プロセス室を覆うハウジング（真空チャンバ）に取り付けた状態で示している。

図１において、内部が高真空状態に維持されるプロセス室Ｐを有するハウジング２の一面に設けられた第１開口２ａに、軸体としての回転軸３が挿入されている。第１開口２ａを覆うようにして、ハウジング２の大気側の外壁にシール装置１０が取り付けられている。回転軸３は、シール装置１０に支持されている。

シール装置１０は、本体１１と、互いに隔置配置されたベアリング（軸受）１２ａ、１２ａを有するベアリングブロック１２とを有する。円筒状の本体１１は、ハウジング２の外壁に対してボルト止めされるフランジ１１ａを有しており、第１開口２ａを介してハウジング２のプロセス室Ｐ内に突出している。本体１１は、回転軸３を挿通させたシール開口１１ｂを有しており、また差圧室となる周溝１１ｃを有している。尚、回転軸３の外周面とシール開口１１ｂとのスキマは、５〜１０μｍ程度に維持されると、高いシール性能が得られて好ましい。

本体１１には、周溝１１ｃから半径方向外方に延在する排気貫通路１１ｄが形成されている。ハウジング２の内部において、排気貫通路１１ｄの外方端を覆うようにして、本体１１の外周面にコネクタ１４が、Ｏ−リング１５を介して気密状態で取り付けられている。

ハウジング２の壁面には、第１開口２ａに平行して第２開口２ｂが形成されている。コネクタ１４に接続されたパイプ１７が、第２開口２ｂの内方端まで延在し、そのフランジ付き端部１７ａとハウジング２の内壁面との間に、Ｏ−リング１９を介在させつつ、コネクタ１８によって固定されている。第２開口２ｂの外方端には、Ｏ−リング２１を介在させつつ、コネクタ２０が取り付けられている。コネクタ２０は、不図示の排気ポンプに接続されている。

ベアリングブロック１２は、本体１１の内部開口の奥まで進入しており、アンギュラコンタクト玉軸受であるベアリング１２ａ、１２ａを隔置配置しながらも、シール装置１０のハウジング２からの突出量を抑えている。ベアリング１２ａ、１２ａは、回転軸３の外周に嵌合したチューブ１２ｂの両端につき当てることで内輪同士の近接を阻止し、且つ回転軸３に螺合するナット１２ｄによりベアリング抑え１２ｃを介して外輪同士が近接する方向に押されることで、予圧を付与されて固定されている。

尚、本体１１のフランジ１１ａの端面と、ハウジング２の外壁との間にはＯ−リング１６が配置されている。

次に、第１の実施の形態に係るシール装置の動作について説明する。回転軸３の図で左端部は、モータ等の駆動源（不図示）に接続されており、回転軸３を回転駆動するようになっている。このとき、回転軸３は、ベアリング１２ａ、１２ａにより回転自在に支持されているので、摩擦などの抵抗が少ない状態で、本体１１に対して回転可能となっている。

また、周溝１１ｃ内が、コネクタ２０，第２開口２ｂ、パイプ１７，及びコネクタ１４を介して不図示の排気ポンプにより吸引されるので、差動排気シールのシール機能により、周溝１１ｃに隣接する回転軸３の外周面とシール開口１１ｂとの間隙を介して、外部から空気や異物がプロセス室Ｐ内に侵入することを防止できる。

本実施の形態のシール装置１０は、差動排気シールをハウジング２の内部に配置したので、ハウジング２から外方のベアリング１２ａまでの距離を小さくでき、従って内方のベアリング１２ａから回転軸３の先端までのスパンを抑えることができ、回転軸３のラジアル剛性を高めることができる。又、ハウジング２の開口２ａにおいて、一方のハウジング１２ａを第１開口２ａの内方端近傍に、他方のベアリング１２ａを第１開口２ａの外方端近傍に配置するようにすれば、ベアリング間のスパンが長くなって両持ち状態で回転軸３を支持できるため、更に回転軸３の傾き剛性を高めることができる。加えて、ハウジング２の壁面からのシール装置１０の突出も抑えることができるので、コンパクトな構成も提供できる。

なお、パイプ１７に関しては、図１に示す単純パイプ構成に限らず、ベローズなど伸縮可能なものであれば、寸法誤差などに起因する組み付け時の応力の発生を抑えることができる。又、パイプ１７を用いず、本体１１内を軸線方向に貫通する孔を設けて、これを介して周溝１１ｃ内を吸引してもよい。

ここで、差動排気シールと排気ポンプとを接続した場合、差動排気シールが正常な機能を発揮できるか否かのリークチェックが必要となる。さらにハウジングには、他にもプロセス室の排気のための排気系、あるいはプロセス室内の真空度その他の測定などのための各種測定機器を接続するための接合部を備える。これらの接合部についてもリークチェックをする場合がある。

しかるに、図１の構成である場合、プロセス室Ｐを真空にしたときに、ハウジング２の内部にある配管のリークチェックを行えないという問題がある。従って、組み付け後にリークがあった場合、リーク箇所を特定できないことから、差動排気シールのシール面に発生したキズによるものか、構成部品の不具合によるリークかなど、外部からその原因を特定することができないため、プロセス室Ｐ内に大気を導入し、疑わしい箇所をすべて分解して詳細な検査を経なくてはならず、またプロセス室Ｐを元の真空状態に復帰させるには長時間を要するため、処理再開に時間がかかる。特に、差動排気シールのシール面は分解時や再組立時に傷が付きやすいので、極力分解はさけたいという実状がある。以下の実施の形態では、かかる問題を解消できる。

図２は、第２の実施の形態にかかるシール装置１００の断面図であるが、リークチェック用の治具を装着している。第２の実施の形態にかかるシール装置１００において、図１の実施の形態と異なる点は、シール装置の本体を二部品（１１Ａ、１１Ｂ）から組み立てている点及び本体１１Ｂにリークチェック用の治具の取り付け面を有している点のみであり、それ以外の共通する点については、同じ符号を付すことで説明を省略する。

図３は、図２に示すリークチェック用の治具３０を矢印III-III方向に見た図である。図２，３に示すように、リークチェック用の治具３０は、一側面が開放した筐体状であって、開放端面にシール溝３０ａを有している。かかるシール溝３０ａ内には、密封部材であるＯ−リング３１が配置されている。リークチェック用の治具３０は、リークチェック時のみに用いられるものであり、ハウジング２内が大気圧環境下にある時に、４つのボルト孔３０ｂに挿通されるボルト（不図示）によって、本体１１Ｂの取り付け面１１ｆに取り付けられる。従って、本体１１Ｂの治具３０の取り付け面１１ｆは、漏れがないように研削加工もしくは引目加工が施されている。なお、かかる加工は、治具３０の端面全体に行うとよいが、Ｏ−リング３１の当たり面のみで足りる。

差動排気シールの配管等のリークチェックについて説明する。図２において、不図示の排気ポンプを動作させて、コネクタ２０，第２開口２ｂ、パイプ１７，コネクタ１４、周溝１１ｃ内を吸引する。その状態で、差動排気シールの周囲にヘリウムガスを吹き付けると、ヘリウムガスは、かかる部位を介して差動排気シール配管内に侵入する。よって、コネクタ２０と不図示の排気ポンプとの間に、ヘリウムガス検出器を設け、それによりヘリウムガスの成分が検出されれば、リークがあったことが分かるのである。

本実施の形態によれば、プロセス室Ｐを真空状態にする前に、リークチェック用の治具３０を、本体１１Ｂの端面に取り付けて、各部のリークチェックを行うことができ、漏れがないことを確認してから、治具３０を取り外してプロセス室Ｐを真空にするので、その後にリークがあることが判明しても、差動排気シールの排気配管系についてはリーク検査から除外できる。

図４、５は、第３の実施の形態にかかるシール装置２００の断面図であるが、リークチェック用の治具を装着している。第３の実施の形態にかかるシール装置２００において、図２の実施の形態と異なる点は、１１Ｂにフランジ面１１ｇを形成した点のみであり、それ以外の共通する点については、同じ符号を付すことで説明を省略する。

図４の構成において、リークの恐れのある箇所は、以下の通りである。
（１）本体１１Ａのフランジ１１ａの端面とハウジング２の外壁との間のＯ−リング１６及びコネクタ２０の端面とハウジング２の外壁との間のＯ−リング２１
（２）差動排気シールの排気配管系
（３）回転軸３の外周面とシール開口１１ｂとの間隙の異常
尚、本体１１Ａと１１Ｂとの間にもシール箇所が存在するが、これは、初期の組立・性能評価時に確認するため、ハウジング２への組み込み時には該当個所から除外する。ただし、上記３カ所以外にリークがある場合は、本箇所のリークを疑う必要がある。

ここで、以下のようにしてリーク箇所を特定することができる。まず、図５に示すように、パイプ１７とコネクタ１４を取り外した状態で、治具３０に類似する治具４０を、本体１１Ｂを内包し、密封部材であるＯ−リング４１を介在させつつ、そのフランジ面（治具の取り付け面）１１ｇに端面をつき当てるようにして取り付ける。それにより、本体１１Ｂの排気貫通路１１ｄが治具４０によって覆われることとなる。又、コネクタ２０の端部をＯ−リング４３を介在させてプラグ４２で封止する。なお、フランジ面１１ｇは、研削加工もしくは引目加工が施されていると好ましい。

かかる状態で、プロセス室Ｐ内を排気し上述のリークチェックを行うことで、本体１１Ａのフランジ１１ａとハウジング２との間を密封するＯ−リング１６もしくはコネクタ２０とハウジング２との間を密封するＯ−リング２１の漏れの有無をチェックできる。すなわち、（１）のリークチェックを行えることとなる。このとき、異物や真空用グリース等がハウジング２内に入り込むようなこともない。

（１）のリークチェックで漏れが確認できなかった場合、リークチェック用の治具４０を取り外して、図４に示すように、パイプ１７とコネクタ１４を取り付け、更にリークチェック用の治具３０を本体１１Ｂの端面１１ｆに取り付ける。かかる状態で、上述のリークチェックを行うと、差動排気シールの排気配管系（コネクタ２０，第２開口２ｂ、パイプ１７，コネクタ１４）に漏れがないか確認できる。すなわち、（２）のリークチェックを行えることとなる。

その後、プロセス室Ｐを通常処理に必要な真空状態において、更にリークチェックを行うことで、リークが生じた場合、（３）の箇所でリークが生じた可能性があることがわかる。このようにして、リーク位置の特定が可能となる。このように、本実施の形態によれば、より詳細なリーク箇所の特定が可能となる。

以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。上述した差動排気シールはラジアル型であるが、軸線方向にスキマを設けたアキシャル型の差動排気シールについても適用可能である。プロセス室Ｐ内部は、真空に限る必要はなく、大気と異なる雰囲気に維持されれば足りる。又、上記実施の形態では、軸体を回転のみ自在に支持する構成の場合について示したが、軸体を延在方向（軸方向）に移動自在に支持する（或いは回転可能かつ軸方向移動自在としても良い）構成の場合にも本発明を適用できる。又、軸受としては、転がり軸受に限られず、例えば静圧軸受等でも良い。更に、軸体を軸方向にのみ移動可能とする場合、軸体は略円柱状に限られず、例えば角柱状でもよい。

第１の実施の形態にかかるシール装置の断面図である。 第２の実施の形態にかかるシール装置１００の断面図である。 図２に示すリークチェック用の治具３０を矢印III-III方向に見た図である。 第３の実施の形態にかかるシール装置２００の断面図である。 第３の実施の形態にかかるシール装置２００の断面図である。

符号の説明

２ ハウジング
３ 回転軸
１０ シール装置
１１ 本体
１１Ａ 本体
１１Ｂ 本体
１１ａ フランジ
１１ｂ シール開口
１１ｃ 周溝
１１ｄ 排気貫通路
１１ｆ 端面
１１ｇ フランジ面
１２ ベアリングブロック
１２ａ ハウジング
１２ｂ チューブ
１２ｃ ベアリング抑え
１２ｄ ナット
１４ コネクタ
１５ リング
１６ リング
１７ パイプ
１７ａ 端部
１８ コネクタ
１９ Ｏ−リング
２０ コネクタ
２１ Ｏ−リング
３０ 治具
３０ａ シール溝
３０ｂ ボルト孔
３１ Ｏ−リング
４０ 治具
４１ Ｏ−リング
４２ プラグ
４３ Ｏ−リング
１００ シール装置
２００ シール装置
Ｐ プロセス室

Claims (3)

1. ハウジングに対して取り付けられ、前記ハウジングの開口を介して延在する軸体を回転自在または前記軸体の延在方向に移動自在に支持すると共に、前記ハウジングと前記軸体との間をシールするシール装置において、
   前記ハウジングに取り付けられる本体と、
   前記本体に対して前記軸体を回転自在または前記延在方向に移動自在に支持する軸受と、
   前記本体と前記軸体との間をシールする差動排気シールと、を有し、
   前記差動排気シールの少なくとも一部を前記ハウジング内部に配置したことを特徴とするシール装置。
2. 前記差動排気シール用の排気配管を、前記本体とは別個に設けていることを特徴とする請求項１に記載のシール装置。
3. 前記本体とリークチェック用の治具との間を密封する密封部材の取り付け面を、前記本体に設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載のシール装置。
   
   

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